疲劳裂纹在线监测系统摄像头自动调节技术研究

论文摘要

在高频疲劳实验在线检测系统中,传统的检测系统使用定焦摄像头进行疲劳裂纹的图像采集,带来了整休和细节裂纹图像不能兼顾的问题。因此,本文引入电动变焦摄像头,满足了既能观察裂纹整体又能观察裂纹尖端的要求,使疲劳裂纹在线检测系统功能更加完善。电动变焦摄像头的引入虽带来了实时改变焦距以放大和缩小图像的功能,但也带来了变焦后聚焦面与成像面偏离导致图像模糊的问题。为了解决这一问题,本文设计并开发出了适用于本系统的摄像头控制器,查阅了国内外对于摄像头控制的研究历史和发展现状,分析了直流电机的性能指标并建立了数学模型最后选定了控制方案,进行了基于LabVIEW图像处理自动聚焦技术的研究,并着重研究了清晰图评价函数的选择和寻优算法的设计,在此基础上进行了系统的软硬件设计与实现,最后进行系统的模块化调试和整体性测试。主要内容如下所示:1、通过分析摄像头控制的研究历史和发展现状,并结合本系统的实际情况,提出了系统功能需求,并按照系统需求制定了系统实现方案。2、对系统方案中所需要的两个关键技术(直流电机运动控制技术和基于LabVIEW图像处理的自动聚焦技术)进行了理论上的研究,并设计出本系统所适用的运动控制方案和自动聚焦方案。3、以ARM7TDMI为核心芯片设计和实现系统下位机的硬件部分,并得到摄像头控制器。4、以C语言和LabVIEW作为软件编程语言完成下位机与上位机的软件编写。5、对系统进行软硬件的调试,并记录实验数据和实验效果图,调试结果表明:本系统达到了系统预期的功能需求和精度要求。能比较理想的实现摄像头三电机的运动控制,自动聚焦的效果也十分显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题研究的意义和口的
• 1.3 摄像头自动调节相关技术及其研究现状
• 1.3.1 嵌入式ARM技术
• 1.3.2 运动控制技术
• 1.3.3 自动聚焦技术
• 1.4 摄像头自动聚焦系统国内外研究现状
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 疲劳裂纹在线检测摄像头自动调节系统总体设计
• 2.1 系统总体方案设计
• 2.2 系统功能需求分析
• 2.3 图像采集模块设计
• 2.4 PC机人机交互界面设计
• 2.5 嵌入式ARM运动控制器设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 疲劳裂纹在线检测摄像头自动调节系统关键技术的研究
• 3.1 引言
• 3.2 摄像头运动直流电机控制技术的研究
• 3.2.1 直流电机的静态性能指标
• 3.2.2 直流电机的动态性能指标
• 3.2.3 直流电机的数学模型
• 3.2.4 直流电机的运动方程
• 3.2.5 直流电机控制方法的研究
• 3.2.6 直流电机控制系统的研究
• 3.2.7 直流电机运动控制技术MATLAB仿真分析
• 3.3 基于图像处理技术的自动聚焦技术的研究
• 3.3.1 自动聚焦清晰度评价函数
• 3.3.2 聚焦窗口
• 3.3.3 搜索方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于ARM技术的三可变电动变焦镜头运动控制器硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 ARM7TDMI微处理器简介
• 4.3 运动控制器电路原理图设计
• 4.3.1 电源电路
• 4.3.2 复位和时钟电路
• 4.3.3 存储器电路
• 4.3.4 JTAG仿真调试接口电路
• 4.3.5 按键输入电路
• 4.3.6 限位开关接口电路
• 4.3.7 光电编码器接口电路
• 4.3.8 串口通信电路
• 4.3.9 电机控制接口电路
• 4.4 运动控制器PCB印制电路板的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 疲劳裂纹扩展摄像头自动调节系统软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 软件总体设计
• 5.3 下位机程序的设计与实现
• 5.3.1 uclinux的移植简介
• 5.3.2 uclinux的移植过程
• 5.3.3 uclinux的多进程处理
• 5.3.4 运动控制驱动程序的设计与实施
• 5.3.5 串口通信驱动程序的设计与实施
• 5.4 上位机程序的设计与编写
• 5.4.1 上位机串口通信程序的设计与实施
• 5.4.2 上位机图像实时采集程序的设计与实施
• 5.4.3 上位机图像处理程序的设计与实施
• 5.5 本章小结
• 第6章 系统调试及实验分析
• 6.1 引言
• 6.2 系统硬件调试
• 6.3 系统软件调试
• 6.3.1 电机驱动程序的测试
• 6.3.2 上位机软件的测试
• 6.4 系统整合实验
• 6.4.1 摄像头三电机运动精度实验
• 6.4.2 摄像头自动聚焦效果实验
• 6.4.3 系统各功能重复性实验
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果